JPH0237697A - プラズマｘ線発生装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は高温高密度プラズマの収束により生じるプラズ
マＸ線発生装置に関するものである。

上記プラズマＸ線発生装置は２極の電極間に電荷を蓄積
したコンデンサよりパルス状の大電流を流してプラズマ
を生成させ、その後自己磁場との相互作用によりプラズ
マを極めて急速に収束させ、プラズマの振る舞いによっ
て、紫外光やＸ線を得るもので、物性研究や超ＬＳＩ製
造用Ｘ線露光装置などの光源に用いられる。

従来の技術 第４図は従来のプラズマＸ線発生装置の回路構成説明図
で、交流を直流に変換する電源１によって、コンデンサ
２を所定の電圧に充電する。その後、放電スイッチ３を
閉じて放電回路に既成するインダクタンス、抵抗などを
集中常数で示した回路インピーダンス４を経て、プラズ
マ生成室５内に絶縁物６を介して設けた高圧電極７と低
圧電極８の間に電圧が印加され、画電極７．８間に火花
放電、すなわちプラズマが生成される。その後、放電電
流の急速な増加に伴い、プラズマは自己磁場による電磁
力で極度に収束して高温高密度のピンチプラズマ９を生
じ、極めて短時間ながらＸ線１０がベリリウムなどの３
板で形成されたＸ線取り出し窓１１を透過して放出され
る。他の従来例として第５図に示すように低圧電極８の
代わりに低圧電極ｒを絶縁物６の外周に設け、該低圧電
極８′と高圧電極７の間にある絶縁物６の表面に沿面放
電を発生させ、その後放電電流の急速な増加に伴いプラ
ズマは自己磁場による電磁力で極度に収束して、上記と
同様にピンチプラズマ９を生じ、掻めて短時間ながらＸ
線１０が放出される。いずれの方式でもピンチプラズマ
９の生成過程に違いがあるもののピンチプラズマ９が生
成され、Ｘ線１０が放出されるのは同じである。プラズ
マ生成室５は図示しない方法で気密に保持して真空状態
で使用したり、所定の波長を得るために選定したガスを
充填させたり、または電磁弁を使ってパルス的にガスを
供給したりして使用している。

発明が解決しようとする問題点 上記のプラズマＸ線発生装置を用いて高出力のＸ線を発
生させるためには、約１０−６秒で数百ｋＡに達する大
電流を流して強いピンチプラズマ９を生成する必要があ
る。そのためには、コンデンサ２の放電回路を極めて低
インピーダンス化するようにコンデンサ２、放電スイッ
チ３、プラズマ生成室５に至る伝送線路などに種々の工
夫をこらして回路インピーダンス４を極小に設計する。

このように高電圧・大電流の放電回路に使用される放電
スイッチ３は、２極の相対抗して設けられたギャップス
イッチで構成され、その電極表面が高温・高密度のアー
クにさらされて茎発したり、溶けたりするので、その寿
命を伸ばすために、タングステン合金を使用するなど種
々の工夫をこらしてきたが、期待値には達しない欠点が
あった。上記プラズマＸ線発生装置は通常１〜１０ｐｐ
ｓで連続運転されるが、５０にへ、数μｓの通過電気量
で、上記放電スイッチの保証寿命は１０６回程度の放電
回路であることから、この数値は稼働率を考えても２〜
２０日間程度の運転能力であり、実用的生産設備として
使用するには１０〜１００倍の寿命が必要である。

問題点を解決するための手段 本発明は上記の問題点を解決したプラズマＸ線発生装置
で、放電スイッチの代わりに珪素鋼板、フェライト、ア
モルファスなどの強磁性体の磁気飽和特性を利用した可
飽和リアクトルを用いたものである。

すなわち、本発明は、コンデンサに蓄積した静電エネル
ギーを放電スイッチを介してプラズマ生成室に伝送し、
該プラズマ生成室内に設けた高圧′電極と低圧電極の間
で放電させてプラズマを生成し、該プラズマを収束した
高温高密度のピンチプラズマによってＸ線を発生するプ
ラズマＸ線発生装置において、上記放電スイッチに磁性
体と高圧導体と低圧導体とから構成された可飽和リアク
トルを用いたプラズマＸ線発生装置である。

なお、プラズマ生成室に近接して可飽和リアクトルを構
成する磁性体を設け、該磁性体をコンデンサと接続した
高圧導体と低圧導体との間に配置し、上記磁性体の中央
に設けた中空部に導体を挿通して高圧導体とプラズマ生
成室の高圧電極に接続したこと特徴とするものである。

作用 放電スイッチとして用いる磁性体を利用した可飽和リア
クトルは、任意の形状に製作することができるので、プ
ラズマ生成室近傍に配置すると、コンデンサとプラズマ
生成室の間に既成する回路インピーダンスが小さくなっ
て、主電流ｉ−１大きくできるので、強力なピンチプラ
ズマを発生し、効率の高いＸ線を得ることができる。

実施例 以下、本発明のプラズマＸ線発生装置を第１図〜第３図
について説明する。

第１図は一実施例の回路構成説明図で、第４図および第
５図に示す従来のプラズマＸ線発生装置と同一構成部に
ついては同一符号を付し、その説明の詳細については省
略する。

交流を直流に変換する電源１によって急速にコンデンサ
２を充電するとか飽和リアクトル３Ａには、インピーダ
ンス１２を介して励磁電流が流れる。

その充電電圧の上昇と共に磁束が増加して所定の値に達
すると、磁気飽和を生じてインピーダンスは種度に低下
し、スイッチング作用が生じて放電スイッチが閉じられ
た場合と同じ状態になる。以後の動作については、従来
技術で説明した第４図と同一であるために省略する。可
飽和リアクトル３Ａの飽和点のタイミングは、コンデン
サ２の充電電圧が最大値付近に達した時間に合わすのが
最も良い。次に可飽和リアクトル３Ａの動作を第２図に
ついて説明する。

（イ）は可飽和リアクトル３Ａを具体的に示した要部斜
視図、（ロ）は使用する磁性体の磁化面′！ｆＡ＜Ｂ−
１−１曲線）を示す。

所定の磁気容量に設計した磁性体１３の中空を高圧導体
１４が貫通し、そのリターン回路として低圧導体１５を
設ける。生霊？Ｍ　Ｉを図示の通り流すと、磁界１−Ｉ
は増加してＱａｃの経路をたどり、磁束密度Ｂは増加し
て飽和する。すなわち、スイッチング作用が生じたこと
になる。ここで、主電流ｉが減少していくと、磁界Ｈは
矢印の経路を通り、主電流ｉ＝０すなわち、磁界）（＝
０となっても磁束Ｂｒ（残留磁気）が残る。次に主電流
ｉを逆方向に流してさらに磁界Ｈを減少すると、磁界−
１１ｃにおいて磁束Ｂ＝Ｏとなり、その後上記と対称的
な経路を通り、ヒステリシスループを描く。

ここで、可飽和リアクトル３Ａを効率的に使用するには
、電圧・時間の積を大きく、いいかえれば、磁束変化量
を大きく取る方が良い。すなわち、理想的にはＣ′から
Ｃまで磁束変化をさせるのが、良い。このようにして小
形の可飽和リアクトル３Ａを製作する。これは飽和後の
インダクタンスを小さ（することができるため、回路イ
ンピーダンス４を小さくする意味からも重要な要素であ
る。

そのためには、一般にバイアス電流と表現される電流を
主電流と逆方向に流し、磁界Ｈをマイナス領域へもって
行く方法が取られる。

それには、図示しないバイナス電源を用いて高圧導体１
４に逆電流を流したり、磁性体１３に所定の巻数を巻回
したコイルを新たに巻いて逆方向の磁界が発生するよう
にするなどの手段が取られている。

ところで、上記のとおり大電流を流すには、回路インピ
ーダンス４を小さくする必要がある。そのためには、可
飽和リアクトル３Ａの飽和後のインダクタンスを小さく
すること、プラズマ生成室５との接続した要する配線長
さを短くすることである。

第３図は可飽和リアクトル３Ａをプラズマ生成室５に近
接して配置した他の実施例を示すもので、第４図に示す
従来例と同一構成部については同一符号を付し、その説
明を省略する。

磁性体１３はプラズマ生成室５の電気流入部に近接して
配置し、その中空部に導体１６を貫通して高圧導体１４
と高圧電極７とを電気的に接続する。また磁性体１３を
高圧導体１４と低圧導体１５で方位するようにできるだ
け小さな空間に配置することは、磁性体１３の飽和後の
インダクタンスを小さくするために有益であり、その結
果、回路インピーダンスが小さくなり、大きな放電電流
を得ることができる。

さらに他の実施例として第１図および第３図に示すよう
に低圧電極８の代わりに低圧電極「を絶縁物６の外周に
設け、該低圧電極８′と高圧電極７の間にある絶縁物６
の表面に沿面放電を発生させ、その後放電電流の急速な
増加に伴いプラズマは自己磁場による電磁力で極度に収
束して、上記と同様にピンチプラズマ９を生じ、極めて
短時間ながらＸ線１０がを発生することができる。

発明の効果 本発明のプラズマＸ線発生装置は、可飽和リアクトルを
放電スイッチとして用いたため、従来放電回数１００万
回程度の寿命であったものが、１０００万回の運転にも
支障なく耐え、産業用実用機として充分な性能を有する
ことができた。また可飽和リアクトルは任意の形状に製
作できるので、プラズマ生成室近傍にコンパクトにまと
めて配置することにより、コンデンサとプラズマ生成室
の間に既成する回路インピーダンスを小さくすることが
できる。

すなわち、主電流ｉを大きくできるので、より極力なピ
ンチプラズマを形成させ、効率の高いＸ線を得ることが
でき、工業的ならびに実用的価値大である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のプラズマＸ線発生装置の−実雄側の回
路構成説明図、第２図は第１図のプラズマＸ線発生装置
に用いる可飽和リアクトルで、（イ）は要部斜視図、（
ｒｌ）は可飽和リアクトルに利用する磁性体の磁化曲線
図、第３図は本発明のプラズマＸ線発生装置の他の実施
例の回路構成説明図、第４図は従来のプラズマＸ線発生
装置の一例の回路構成説明図、第５図は従来のプラズマ
Ｘ線発生装置の他側の回路構成説明図である。 １；電源　２：コンデンサ　３：放電スイッチ３Ａ；可
飽和リアクトル ４：回路−インピーダンス　５：プラズマ生成室６：絶
縁物　７：高圧電極　８．８′：低圧電極９：ピンチプ
ラズマ　ｌＯ：Ｘ線 １１：Ｘ線取り出し窓　１２：インピーダンス１３；磁
性体　１４：高圧導体　１５：低圧導体１６：導体

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. コンデンサに蓄積した静電エネルギーを放電スイッチを
   介してプラズマ生成室に伝送し、該プラズマ生成室内に
   設けた高圧電極と低圧電極の間で放電させてプラズマを
   生成し、該プラズマを収束した高温高密度のピンチプラ
   ズマによってＸ線を発生するプラズマＸ線発生装置にお
   いて、上記放電スイッチに磁性体と高圧導体と低圧導体
   とから構成された可飽和リアクトルを用いたことを特徴
   とするプラズマＸ線発生装置。